Elektrisch leitfähige Polymere

Thermoplast-basierte Bipolarplatten z.B. für Batterien und Brennstoffzellen

Elektrochemische Speicher wie Batterien oder Energiewandler wie die Brennstoffzelle sind Schlüsseltechnologien für eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende. In Batterien und Brennstoffzellen verbinden Bipolarplatten mehrere Zellen eines Zellstapels kompakt, ressourcenschonend und vollflächig miteinander. Bipolarplatten aus metallischen Werkstoffen sind zwar sehr dünn herstellbar, ihr hohes spezifisches Gewicht und die geringe Korrosionsbeständigkeit sind jedoch Nachteile. Kunststoff-gebundene Bipolarplatten als korrosionsfreie Alternative hatten bisher den Nachteil, dass sie äußerst dicke Materialstärken aufweisen, spanend nachbearbeitet werden müssen oder sich, je nach Material, nachträglich nicht umformen lassen. Thermoplast-basierte Bipolarplatten bieten dagegen deutliche Vorteile: Neben der Korrosionsfreiheit zeichnen sie sich durch eine geringe Materialdicke, nachträgliche Umform- sowie Verschweißbarkeit aus.

Lösungen und Leistungen des Fraunhofer UMSICHT

Wir entwickeln thermisch und elektrisch leitfähige Kunststoff-Compounds, die zu Thermoplast-basierten Bipolarplatten mit unterschiedlichen Füllgraden verarbeitet werden können. Diese sind, in Abhängigkeit des Füllgrades an elektrisch leitfähigen Additiven, vielfältig technisch nutzbar: in elektrochemischen Speichern (Batterien), in Energiewandlern (Brennstoffzellen), in chemikalienresistenten Wärmeübertragern oder als Widerstandsheizelemente. Die Realisierung geringer Materialstärken sowie die kontinuierliche Fertigungsmethode ermöglichen eine kostengünstige und ressourcenschonende Herstellung von elektrisch leitfähigen Polymerplatten oder -folien.

Alleinstellungsmerkmale: Bipolarplatten-Material kosteneffizient hergestellen

Mit unserem Bipolarplatten-Material bieten wir ein thermisch und elektrisch leitfähiges Compound auf Kunststoffbasis an, das kosteneffizient in kontinuierlicher Rolle-zu-Rolle-Produktionsweise hergestellt wird. Durch das neuartige Herstellungsverfahren können Bipolarplatten material- und ressourcenschonend in geringen Materialstärken hergestellt werden. Unsere Bipolarplatten sind elektrisch hochleitfähig, flexibel, mechanisch stabil, gasdicht und chemisch resistent, umformbar und verschweißbar. Neben der freien Wahl der leitfähigen Additive können weitere Niedertemperatur- und insbesondere Hochtemperatur-Thermoplaste verwendet werden. Das erweitert den Einsatzhorizont der elektrisch leitfähigen Polymere.

Ihr Weg zur Zusammenarbeit mit uns

Die Zusammenarbeit mit uns ist im Rahmen eines öffentlich geförderten Verbundprojektes und in Form einer direkten Beauftragung oder Lizenzvergabe möglich. Kommen Sie auf uns zu! Dr. Anna Grevé berät Sie gerne, wie auch Sie elektrisch leitfähige Materialien einsetzen können.

 

Setzen Sie sich mit uns in Kontakt!

Charakterisierung elektrisch leitfähiger Polymere

Auf dem Weg zu leistungsfähigen Compound-Folien für elektrochemische Reaktoren und Wärmeanwendungen: Wir bieten dank moderner Ausstattung viele Optionen.

Zu unseren Geräten und Dienstleistungen gehören:

  • Elektrische Leitfähigkeit (in- und through-plane nach Vierpol-Messprinzip)
  • Thermische Leitfähigkeit mittels Laserflash
  • Mechanische Analyse (Zug-, Druck- und Biegetests)
  • Permeabilität (gegen Helium und Wasserstoff)
  • Leckageprüfung (gegen Helium)
  • Optische Analyse (Digitalmikroskope, REM) für Gefüge- und Querschnittsuntersuchungen
  • Kontaktwinkelmessungen
  • Elektrochemische Tests (Einzellige Brennstoffzellen- oder Batterieaufbauten, Korrosionstest)

Beispielanwendungen:

  • Brennstoffzellen
  • Elektrolyse
  • Batterieanwendungen
  • Hydrierreaktionen

Redox-Flow-Batterien: Schritt in Richtung Massenmarkt

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Redox-Flow-Batterien eignen sich hervorragend, um große Mengen regenerativer Energien zu speichern. Allerdings waren sie bislang noch zu teuer für den Massenmarkt. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT haben nun das »Herz« einer Redox-Flow-Batterie – den Stack – vollständig re-designt – und konnten so den Materialeinsatz und die Kosten massiv senken. Dafür haben sie den Joseph-von-Fraunhofer-Preis erhalten.

Referenzprojekte rund um »Elektrisch leitfähige Polymere«

 

P2H-Compounds

Polymerbasierte elektrische Heizkomponenten

 

Im Zentrum des Projektes »Power2Heat-Compounds« steht die Material- und Produktentwicklung polymerbasierter Flächenheizelemente und heizfähiger Schrumpfschläuche.

 

PolyFoleR

Compound-Bipolarfolien für elektrochemische Reaktoren

Im Zentrum des Projektes »PolyFoleR« steht die systematische kennfeldgestützte Materialentwicklung für Compound-Bipolarfolien für elektrochemische Reaktoren am Beispiel Membran-Elektrolyse und PEM-Brennstoffzelle.

 

BiFoilStack

Stack-Designs für Brennstoffzellen

Im Zentrum des Projektes »BiFoilStack« steht die Entwicklung von Stack-Designs für NT-PEM-Brennstoffzellen mit neuartigen Compound-Bipolarfolien aus dem Pulver-zu-Rolle-Prozess für die Zielanwendung »Nutzfahrzeuge«.

 

KONTIFLEX

Massenfertigung von Graphit-Bipolarplatten

Das Projekt forscht an der Entwicklung einer kontinuierlichen Fertigung von Bipolarplatten mittels Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Im Rahmen des Vorhabens konnte bereits die weltweit größte Bipolarplatte entwickelt und produziert werden.

 

KOBIBATT

Neue vollverschweißte Bipolarbatterie

Platzsparend, skalierbar und dichtungsfrei: Neuartige vollverschweißte Bipolarbatterie auf Polymerbasis für mobile und stationäre Anwendungen erhöht die Energiedichte, vermeidet das Brandrisiko und ist kostengünstig in der Herstellung.

 

H2Giga_PEP.IN

Design der PEM-Elektrolyse von morgen

Fraunhofer UMSICHT entwickelt ein neuartiges Stack-Design für die PEM-Elektrolyse auf Basis von Komposit-Bipolarfolien. Das Stack-Design soll ausschließlich aus thermoplastischen Zellkomponenten und über übliche Fügeverfahren gefertigt werden.